预裂爆破成缝机理的数值模拟研究

为了进一步验证数值模拟技术在预裂爆破工程中的实用性,以云南省布沼坝矿西帮边坡为例,通过ANSYS/LS-DYNA软件对不同爆破参数条件下的预裂缝形成过程进行模拟。研究结果表明,预裂缝裂隙是先从孔壁开始形成并向中点发展,而不是应力波干涉理论认为的裂缝首先从中点产生,并向两孔发展。同时将数值模拟计算中得到的预裂缝效果较好的几组爆破参数分别应用于现场试验中,预裂爆破效果明显。可见,数值模拟技术的恰当运用,将为预裂爆破理论研究和参数的合理确定提供一条有效途径,也为爆破方案优化提供可行性依据。     

水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术研究

为了增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯的利用率和抽采效率,提出了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,分析了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透的爆破致裂机理,建立了在爆轰气体作用下的裂纹应力强度因子方程和裂纹二次扩展半径方程。运用RFPA2D-Flow模拟软件对水力压裂后孔壁周围煤岩体裂隙的产生过程与裂隙扩展规律进行模拟。利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析模拟软件对不同长度预裂缝影响深孔预裂爆破后瓦斯抽采增透效果的程度进行模拟。同时在阳泉五矿8410工作面开展了现场工业性试验,以此验证煤矿井下进行水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后的瓦斯抽采增透效果。结果表明:使用水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后煤层的透气性与常规的深孔预裂爆破相比有显著提高,致裂孔的初始瓦斯涌出量是普通爆破孔的3.18倍,瓦斯含量的衰减强度降低了77.3%。深孔预裂爆破的有效影响半径随着爆破孔内预裂缝长度的增加而提高,而且二者呈线性关系。该研究中采用复合爆破后的有效影响半径可达到6.98 m,与数值模拟结果得到的有效影响半径6.763 m相近。同时数值模拟与现场工业性试验的结果均证明:提出的水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,能够有效增加煤岩层的透气性,提高瓦斯的抽采效率,为其他低渗透高瓦斯煤层的瓦斯抽采增透技术提供了参考。     

大孤山铁矿预裂爆破研究与应用

大孤山露天铁矿靠帮爆破采用预裂爆破技术。为了寻求最优的预裂爆破参数,利用LS-DYNA软件对不同爆破参数条件下的预裂爆破过程进行数值模拟,分析模拟结果得出大孤山铁矿靠帮预裂爆破的最优炮孔间距和不耦合系数等预裂爆破参数。根据所模拟的最优预裂爆破参数,进行现场耦合预裂爆破和不耦合预裂爆破对比试验。不耦合预裂成缝效果显著且爆破施工对保留边坡震动小,有利于维护边帮稳定,得到良好的预裂爆破效果。数值模拟所确定的爆破参数可应用于大孤山铁矿靠帮爆破中,对现场爆破施工具有实际指导意义。     

对深孔预裂爆破提高综放面初采率问题的研究

本文通过对唐安煤矿3407工作面地质条件分析,确定深孔预裂爆破的参数,采用UDEC软件数值模拟深孔预裂爆破效果及工程应用,对深孔预裂爆破提高综放面初采期间煤炭采出率问题进行研究。研究表明:3407工作面应用了深孔预裂爆破技术后,工作面初次来压步距缩短了9.6m,顶煤回收率提高了14.38%,实现了综放面的高产高效。     

基于数值模拟的预裂爆破参数优化研究

为了解决预裂爆破中预裂效果难以保证,爆破参数难以选取的问题,采用数值模拟技术对不耦合系数、孔间距等参数进行模拟分析。首先选取了RHT模型作为岩石材料模型,该模型能够较好地描述岩石在爆炸荷载下的拉伸和压缩力学响应行为。进而设计多个方案分别对不耦合系数和孔间距进行模拟,并分析其结果。模拟结果表明:不耦合系数越大,围岩受到的损伤破坏越小,而孔间距则对爆破损伤范围基本没有影响,但是其取值越大则不能形成有效的预裂缝,本次模拟确定最佳的爆破参数为不耦合系数k=3.5,孔间距L=700mm,为实际工程中预裂爆破中参数的确定提供了参考依据。     

某地下矿山预裂爆破参数设计及数值模拟

某矿使用有底柱深孔崩落法回采矿体,为提高生产效率,采用一次凿岩、多次爆破的施工方式。拟采用预裂爆破来降低前排面炮孔爆破对预留炮孔的影响。通过预裂爆破设计,计算出两种预裂孔布置方式。基于Ansys/ls-dyna数值模拟软件对所设计的方案进行数值模拟,从应力波、预裂成缝及对预留孔的影响,最终选定孔径71 mm,孔距850mm,不耦合系数为3的预裂爆破参数。     

坚硬顶板深浅孔组合聚能爆破技术研究及应用

针对坚硬顶板条件下实施定向预裂聚能爆破技术后存在钻孔浅部裂缝率低、架后悬顶大的难题，通过理论分析、数值模拟及现场监测，提出了深浅孔组合聚能爆破技术。分析了坚硬顶板单一深孔聚能爆破存在的问题，指出优化钻孔布设及爆破参数是提高爆破效果的主要途径。研究了深浅孔组合聚能爆破技术原理，提出了深浅孔组合能量场理论和组合导向孔力学机制。深浅孔爆破时可形成深部和浅部聚能爆破应力场，同时深孔浅部又对浅孔爆破起到了导向孔的效果，最终可形成切顶范围内的预裂面。现场爆破效果监测，孔内裂缝率提高了30%，并得到了顶板压力变化规律。架后顶板及时垮落充填，消除了坚硬顶板的断裂冲击，降低了留巷围岩控制难度。研究成果可为坚硬顶板条件下切顶留巷的定向预裂高效聚能爆破提供参考。     

预裂爆破技术在大峰露天煤矿边坡保护工程中的应用

针对简单的控制爆破震动大,对边坡及厂房的震动破坏带来严重的安全隐患,通过采用预裂爆破技术,打减震孔与预裂孔,预裂缝将采掘带和边坡分隔开来,爆破的地震波在预裂带被吸收并产生较强的反射,使透过它的地震波强度大为减弱,从而降低地震效应,减少对边坡岩体的破坏,提高边坡坡面的平整度,保护边坡的稳定性与建筑设施的完整,效果非常好。     

云冈矿坚硬顶板预裂爆破合理孔距的研究

针对云冈矿12#煤层8617工作面坚硬顶板深孔预裂爆破中炮孔合理间距的确定问题,通过理论分析计算、数值模拟以及工程实践对8617工作面预裂爆破合理孔距进行研究分析。研究结果表明8617工作面顶板预裂爆破合理的炮孔间距取8m。     

基于正交设计模拟实验的预裂爆破参数优化方法研究

由于爆破施工周围待保护环境的复杂性和爆破扰动等有害效应的无法评估性,需对传统的预裂爆破技术进行更精细的改进和优化。采用基于正交设计的相似材料模拟实验方法对预裂爆破中的不耦合系数、同响孔数、孔距孔径比和有无导向孔四个因素进行分析,确定预裂孔成缝效果最优的起爆方式和爆破参数,并进行模拟实验验证。研究表明:装药不耦合系数取2、孔距取8倍炮孔直径、不设置导向孔、采用延期时间为12ms的逐孔起爆预裂方式,得到有效半孔率为85.4%、预裂缝宽度为25.4mm、原岩损伤率为13.5%,爆破效果综合评价最佳。     

某边坡不同孔间距预裂爆破数值模拟试验研究

某边坡控制爆破采用预裂爆破,为研究不同孔间距预裂爆破装药对边坡爆破开挖效果的影响,通过ANSYS/LS-DYNA数值模拟和现场试验相结合的研究方法,对不同孔间距工况下的预裂爆破进行数值模拟,并与现场试验进行对比分析,得出采用100mm孔径、不耦合系数为3.13、孔间距为1.0m时,爆破效果最佳,爆破孔间距越大,预缝隙越不明显。     

天山矿区综放工作面矿压控制技术

分析了在不同炮孔角度下,超前深孔顶板预裂爆破单孔爆破方式和组合爆破方式的爆破效果。采用FLAC3D数值分析软件对单孔爆破的炮孔角度及多孔爆破的组合炮孔角度进行了模拟。同时,在现场进行了不同参数下的爆破试验,实测了爆破前后煤体应力和钻屑量的变化。超前深孔顶板预裂爆破可有效降低应力水平,高应力区向煤岩深部转移,炮孔附近形成一定的卸载区域,得到了超前深孔顶板预裂爆破的最佳炮孔角度。     

天山矿区综放工作面矿压控制技术

分析了在不同炮孔角度下,超前深孔顶板预裂爆破单孔爆破方式和组合爆破方式的爆破效果。采用FLAC3D数值分析软件对单孔爆破的炮孔角度及多孔爆破的组合炮孔角度进行了模拟。同时,在现场进行了不同参数下的爆破试验,实测了爆破前后煤体应力和钻屑量的变化。超前深孔顶板预裂爆破可有效降低应力水平,高应力区向煤岩深部转移,炮孔附近形成一定的卸载区域,得到了超前深孔顶板预裂爆破的最佳炮孔角度。     

矿山预裂爆破效果预测的BP神经网络法

为简化矿山预裂爆破效果预测环节、提高预测精准度，针对传统预裂爆破效果评价注重预裂坡面成型的不足，考虑到露天矿山边坡时常受到爆破破岩振动等动态荷载影响的特点，结合BP神经网络，提出了既考虑坡面成型标准又顾及爆破振动对边坡影响的矿山预裂效果预测方法。将单孔装药量、平均孔深、孔距、振动速度峰值（水平、垂直）、振动主频（水平、垂直）、爆心距等参数作为神经网络输入参数，将预裂坡面的平均振动速度、半孔率、不平整度、裂隙系数等参数作为神经网络输出参数。基于24次临近边坡的爆破技术数据建立了矿山预裂爆破效果的BP神经网络预测模型。3次现场爆破预测试验表明：通过神经网络内部的自组织结构，将岩石性质、工程地质条件等与控制预裂爆破效果有关的因素进行简化，可将平均振动速度的预测相对误差控制在7%左右，将半孔率、不平整度、裂隙系数的预测相对误差控制在3%左右，对于提高爆破预裂效果的预测精度有一定的参考价值。     

矿山预裂爆破效果预测的BP神经网络法

为简化矿山预裂爆破效果预测环节、提高预测精准度，针对传统预裂爆破效果评价注重预裂坡面成型的不足，考虑到露天矿山边坡时常受到爆破破岩振动等动态荷载影响的特点，结合BP神经网络，提出了既考虑坡面成型标准又顾及爆破振动对边坡影响的矿山预裂效果预测方法。将单孔装药量、平均孔深、孔距、振动速度峰值（水平、垂直）、振动主频（水平、垂直）、爆心距等参数作为神经网络输入参数，将预裂坡面的平均振动速度、半孔率、不平整度、裂隙系数等参数作为神经网络输出参数。基于24次临近边坡的爆破技术数据建立了矿山预裂爆破效果的BP神经网络预测模型。3次现场爆破预测试验表明：通过神经网络内部的自组织结构，将岩石性质、工程地质条件等与控制预裂爆破效果有关的因素进行简化，可将平均振动速度的预测相对误差控制在7%左右，将半孔率、不平整度、裂隙系数的预测相对误差控制在3%左右，对于提高爆破预裂效果的预测精度有一定的参考价值。     

深孔预裂控制爆破增透数值模拟研究

通过建立深孔预裂控制爆破力学模型,运用ANSYS软件对深孔预裂控制爆破进行数值模拟,分析模拟所得的图表,总结了深孔预裂控制爆破增透效果规律,可为矿山安全生产提供一些理论依据。     

不耦合装药系数对预裂爆破效果影响的数值模拟研究

为研究不耦合装药系数对紫金山金铜矿露天矿预裂爆破效果的影响,利用3D-SOLID164作为模型三维实体单元,采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA对矿山的预裂爆破进行模拟计算,得到炸药爆炸过程中产生的最大拉应力。数值模拟结果表明:不耦合装药系数为3.56时,应力响应值较理想,既能顺利破坏岩体又没有使岩体过度损害,为矿山预裂爆破不耦合装药系数的选取提供了参考依据。     

金堆城钼矿临近引水隧洞预裂缝模型减震效果分析

露天采场的爆破振动会对邻近隧洞的稳定性产生很大的影响,有必要采用控制爆破的方式来减小爆破振动的危害,保证地下隧洞的安全。考虑到金堆城钼矿南露天采场爆破振动对地下引水隧洞的影响,决定采用预裂爆破的方式控制爆破振动。利用ANSYS/LS-DYNA建立台阶-预裂缝-隧洞模型,对不同预裂缝深度、长度及预裂缝与爆源间距条件下的单孔爆破进行模拟,分析缝后隧洞迎爆面测点峰值振速和测点平均减震率随预裂缝参数变化的规律,拟合平均减震率随预裂缝参数变化的计算公式。研究结果表明:迎爆面边墙中点受爆破振动影响最大,拱顶受到的影响相对较小;预裂缝深超过3 m后才会起到显著的减震效果;结合矿山经济技术条件,得出预裂缝模型的推荐参数:预裂缝深0.7~1.1倍炮孔深度,缝长需超过1倍炮孔深度,缝源间距0.8~1倍炮孔深度,以上参数条件下的平均减震率超过50%。     

坚硬顶板深孔预裂爆破参数优化数值模拟研究

深孔预裂爆破是弱化坚硬顶板的一种有效方式,预裂爆破参数的选择对顶板弱化效果有很大影响。以山西某矿22205厚煤层坚硬顶板综放工作面的具体工程地质条件为背景,采用基于Hoek-Brown强度准则的岩体深孔预裂爆破影响区等效连续力学参数估算方法,运用FLAC3D软件建立了坚硬顶板深孔预裂爆破的三维数值计算模型,研究了不同的爆破孔距开切眼距离、爆破孔深度等关键参数对坚硬顶板初次来压的影响规律。在此基础上,合理设计优化了22205综放工作面坚硬顶板的深孔预裂爆破方案与参数,并进行了现场工程实践。现场矿压监测结果表明,采用深孔预裂爆破技术后,坚硬顶板的初次来压步距减小了约20m,显著改善了坚硬顶板来压期间的安全状况,保障了工作面的正常安全生产。     

恒源煤业151303工作面坚硬顶板深孔预裂爆破技术研究

为保证151303工作面回采期间端头悬顶过长及支架易压死的情况,通过具体分析深孔预裂爆破技术的机理,采用数值模拟研究爆破孔间的合理间距,结合工作面的情况对深孔预裂爆破技术进行具体设计,并对工作面采用深孔预裂爆破技术后的效果进行监测分析。结果表明:工作面采用深孔预裂爆破技术后,基本顶的周期来压步距减小为13～22m,回采过程中无支架压死与煤壁片帮情况出现,为工作面安全高效回采提供了保障。